(57)【要約】【課題】金属板にマイクロ波を照射する際の反射を防止し、金属表面における反応を促進することができる表面改質方法を提供する。【解決手段】ロール表面にレーザを照射して形成した１〜１０００μｍφの凹凸を金属板に転写し、該金属板にマイクロ波を照射して、前記金属板表面における電界（E1）を１０7〜１０9V/mとし、かつ、該金属板の雰囲気中の平均電界（E2）を１０5〜１０7V/mとすることを特徴とする表面改質方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール表面にレーザを照射して形成した１〜１０００μｍφの凹凸を金属板に転写し、該金属板にマイクロ波を照射して、前記金属板表面における電界（E1）を１０7〜１０9V/mとし、かつ、該金属板の雰囲気中の平均電界（E2）を１０5〜１０7V/mとすることを特徴とする表面改質方法。
【請求項２】
前記金属板をTi板とし、該Ti板の表面にTiNを形成することを特徴とする請求項１に記載の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を用いる金属板の表面改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を用いる金属板の表面改質方法に関しては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特開２００３−６４３１４号公報には、導電性フィラー、バインダー、溶媒、顔料からなる塗料組成物にマイクロ波を照射することにより硬化させる方法が開示されている。
しかし、特開２００３−６４３１４号公報に開示されている従来技術は、マイクロ波照射技術として工業的に大量生産することはできえても、塗料組成物にマイクロ波を照射する方法であって、マイクロ波自体を金属の表面改質に用いるものではないうえ、通常の平坦な金属板にマイクロ波を照射すると、マイクロ波が反射するため金属板の表面改質を行うことができなかった。
通常マイクロ波をTiなどの金属板に照射すると、金属の持つ高い導電性により、完全反射に近い状態で、マイクロ波を反射してしまう。これは、マイクロ波が発熱・物質反応の促進などの物理現象を生成し、変化させるのは、対象が水などの誘電体である場合が多く、金属は一般的に電気絶縁性はないためである。このため、マイクロ波を金属板に照射しても、金属板自体の物質反応はほとんど促進されず、金属の直接的な表面改質に寄与させることはできなかった。このため、金属板表面へのマイクロ波照射技術は、金属表面に塗布した塗料といった誘電体にマイクロ波加熱などの作用を用いた表面改質に限定的に用いられることが多かった。
一方、金属にマイクロ波を照射する別の従来技術としては、非特許文献１に、粒径３０μｍ程度のTi粉末に２．４５GHzのマイクロ波を照射すると、大気圧の空気中でアーク放電が発生し、また、２８GHzのマイクロ波を照射すると、酸化せずTiNの生成反応が促進されるという実験結果が開示されている。通常、Ti金属は、窒化反応よりも酸化されやすく、硬化性、退化性に優れているTiNの生成は難しいものであった。このため、TiNをマイクロ波を照射して生成するこの現象の発見は、その現象の詳細なメカニズムが不明であるにもかかわらず画期的なものであった。
この非特許文献１には、Ti粉末にマイクロ波を照射した実験結果が開示されているが、粉末ではないバルク形状の金属板にマイクロ波を照射して、金属材質自体の表面改質を行うための具体的な方法は知られていない。
【特許文献１】特開２００３−６４３１４号公報
【非特許文献１】「マイクロ波照射による金属窒化物の合成」粉体および粉末冶金、４６巻４号、ｐ３７８−３８２、１９９９年４月、木村、滝沢、上田、遠藤
【非特許文献２】K. Fujisaki, Y. Kawazoe, H. Mizuseki, A.Jain, "Ab-init  io and Electromagnetic Field Combined Calculation", The 4th Internatio  nal Conference on Intelligent Processing and Manufacturing of Material  s, PSB-6, 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、金属板にマイクロ波を照射する際の反射を抑制し、金属表面における反応を促進することができる表面改質方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、表面に微細な凹凸を転写した金属板にマイクロ波を照射することによってマイクロ波の反射を抑制し、金属表面における反応を促進することができる表面改質方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ロール表面にレーザを照射して形成した１〜１０００μｍφの凹凸を金属板に転写し、
該金属板にマイクロ波を照射して、前記金属板表面における電界（E1）を１０7〜１０9V/mとし、かつ、該金属板の雰囲気中の平均電界（E2）を１０5〜１０7V/mとすることを特徴とする表面改質方法。
（２）前記金属板をTi板とし、該Ti板の表面にTiNを形成することを特徴とする請求項１に記載の表面改質方法。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、表面に微細な凹凸を転写した金属板にマイクロ波を照射することによってマイクロ波の反射を抑制し、金属表面における反応を促進することができる表面改質方法を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。たとえば、Tiの表面にTiNを生成することができれば、硬化性、退化性に優れた金属を工業的に大量製造することができ、屋根・側壁など実用上の応用範囲は広大なものになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
発明を実施するための最良の形態について、図１および図２を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の表面改質方法における金属板表面への凹凸の転写方法を例示する図である。
図１において、１は金属板、２はロール、３はレーザ照射装置、４は凹凸示す。
図１に示すように、本発明においては、ロール２の表面にレーザ照射装置３によりレーザを照射して形成した１〜１０００μｍφの凹凸４を金属板１に転写する。
【０００７】
本発明においては、レーザ照射装置３の形式は問わないが、パワーレーザとして汎用的に用いられているCO2レーザまたはYAGレーザが好ましい。
凹凸の直径を１〜１０００μｍとするのは、電界は曲率半径の小さいところに集中する性質があるため、金属板１の表面に微細な凹凸を形成することによりこの部分にマイクロ波を照射する際に電界集中を発生させて表面改質反応を促進させることができるからである。
また、直径１μｍ未満の凹凸を工業的に形成するのは困難となるからである。直径が１０００μｍを超えるとマイクロ波を照射する際に電界集中が発生しにくい。また、直径が１０００μｍを超えると、その金属板の表面は「平坦」とはいえず、実用上の阻害要因となるからである。
実際の物質の曲率半径は、破断などで局所的に直径１μｍ未満のものも多く存在する。ここでは、マクロ的な凹凸の直径を１〜１０００μｍと規定している。
【０００８】
図２は、本発明の表面改質方法におけるマイクロ波の照射方法を例示する図である。
図２において、１は金属板、４は凹凸示す。
本発明においては、表面に微細な凹凸を転写した金属板１にマイクロ波を照射して、金属板表面における電界（E1）を１０7〜１０9V/mとし、かつ、金属板の雰囲気中の平均電界（E2）を１０5〜１０7V/mとする。
そもそも、通常起こらない反応が、マイクロ波を照射すると起こるのは、ひとつには、局所的に電界が集中するためと考えた。
そもそも原子・分子から構成される物質は、正電荷の原子核と負電荷の電子とが電界を介したクーロン力により構成されているとことは、現代物理学が示すところであり、原子核と電子とが量子力学などの物理法則によるエネルギーが安定なところで、その物質の形態は決まっている。電子の原子間の移動により原子間の結合エネルギーが変化してより安定なところで分子が構築されることで、物質の反応がおこる。原子間の結合エネルギーは原子核・電子だけではなく外部からの電界によって大きく作用する。このあたりの詳細は、非特許文献２を参照されたい。
このため、外部から電界を作用させることで、その物質のエネルギー状態が変わり、そこからの反応の方向、物質の創成も異なることになる。上記の文献を元に、第一原理計算を行い、２物質間の結合エネルギーの差からくる反応エネルギーと同程度となるように、外部電界のあるなしの結合エネルギーの変化を求めてみると、そのような外部電界は、１０7〜１０9V/mであることが判明した。
金属板表面における電界（E1）を１０7〜１０9V/mとするのは、この範囲の電界があると、表面改質の反応物質の結合エネルギーが高まって活性エネルギーを低下させて反応を促進させることができる、ということがいえる。また、電界が１０7V/m未満では表面改質の反応促進効果が認められず、電界が１０9V/mを超えると表面改質の反応促進効果よりも、局所的なアーク放電が生じるため、それ以上反応に寄与することはないからである。
金属板の雰囲気中の平均電界（E2）を１０5〜１０7V/mとするのは、電界がこの範囲を超えるとアーク放電が発生して金属板の表面にアーク放電による疵が発生するからである。
つまり、本発明では、以下のメカニズムで、マイクロ波照射時に物質創成が行われると考えるにいたった。
1.金属表面に直径を１〜１０００μｍの微細な凹凸の形状にすることで、マイ    クロ波による外部磁界に対して、局所的は電界集中を起こさせる。
2.金属表面で、電界（E1）を１０7〜１０9V/mとすることで、そこでの反応    を従来とは異なったものにする。
3.その場合、アーク放電が起こらないようにするために、平均電界（E2）を１    ０5〜１０7V/mとする。
なお、具体的な電界値は、金属の種類、表面改質により生成する反応物、温度、圧力によりこの範囲内で適宜選択すればよい。
本発明に用いるマイクロ波の周波数や出力は問わないが、電界が上記の範囲になるようにマイクロ波の周波数や出力を選定すればよい。
【０００９】
本発明においては、金属板の種類や表面改質の反応物質は問わないが、金属板をTi板とし、下記反応式（Ａ）によって、Ti板の表面にTiNを形成することができる。
Ti  +  N  →  TiN  ・・・（Ａ）
金属板の表面に電界集中が発生することによって、反応式（Ａ）式におけるTiとNの結合エネルギーが高くなり、反応を進めるために必要な活性エネルギーが低下するため、反応を促進させることができる。
また、反応式（Ａ）を促進させる電界集中を発生させるためには、金属表面に形成する凹凸の直径を３０μｍ程度にすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の表面改質方法における金属板表面への凹凸の転写方法を例示する図である。
【図２】本発明の表面改質方法におけるマイクロ波の照射方法を例示する図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  金属板
２  ロール
３  レーザ照射装置
４  凹凸
【図１】
2005336580.tif 000003
【図２】
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